KR101349028B1 - 냉매 파괴 시스템용 냉매 정량 주입 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉매 파괴 시스템용 냉매 정량 주입 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉매 파괴 시스템의 소각로에 투입되는 냉매 주입량을 일정하게 유지할 수 있는 냉매 파괴 시스템용 냉매 정량 주입 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 회수된 액상 냉매를 보관하기 위한 냉매용기; 상기 냉매용기로부터 유입된 액상 냉매를 일정속도로 기화하기 위한 기화기; 상기 기화기에서 배출되는 기상 냉매의 유량을 측정하기 위한 유량계; 상기 유량계에서 배출되는 기상 냉매의 유량을 일정량 이하로 조절하여 배출하는 미터링밸브;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉매 파괴 시스템용 냉매 정량 주입 장치를 제공한다.

Description

냉매 파괴 시스템용 냉매 정량 주입 장치{Device for injecting fixed quantity of refrigerants}

본 발명은 냉매 파괴 시스템용 냉매 정량 주입 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉매 파괴 시스템의 소각로에 투입되는 냉매 주입량을 일정하게 유지할 수 있는 냉매 파괴 시스템용 냉매 정량 주입 장치 및 방법에 관한 것이다.

현재, 국내에서 수집 및 회수 또는 폐기과정에서 발생하는 폐냉매는 적절한 처리없이 대기중으로 방출되고 있으며, 주로 발생되는 폐냉매는 오존층 파괴물질인CFC와 지구온난화물질인 HFC가 대표적이다.

일본의 경우 냉매파괴법규를 통해 회수되는 냉매의 대부분을 파괴하고 있으나, 국내의 경우 자동차, 가정용, 업무용에서 발생하는 폐냉매를 안정적으로 처리 또는 파괴하는 시설이 전무한 상태에 있다.

일반적으로 CFC 및 HFC 등의 냉매는 850℃ 이상의 온도와 2초 이상의 체류시간을 만족하는 가스화용융시스템, 로터리킬른, 스토커 등의 소각로에서 99.9% 이상 파괴된다.

폐냉매는 발생된 장소에서 냉매회수기에 의해 20kg~1000kg의 냉매용기로 회수되며, 냉매주입장치를 통해 소각로에 주입된다.

냉매주입장치에 투입되는 CFC 및 HFC 등의 냉매 비점은 -20℃ 이하로, 일반적인 현장에서 자연적인 기화가 일어나지만, 시간에 따라 기화 속도가 저하된다. 이는 냉매의 증발잠열로 인해 냉매 기화에 따라 액상 냉매의 열을 흡수하여 액상 냉매의 온도가 낮아지고, 그에 따라 증기압이 낮아져 냉매의 주입 유량이 적어지게 된다.

예를 들어, 자동차 냉매로 주로 사용되는 HFC-134a의 증발잠열은 42.6cal/g이고, 액상 비열이 0.3452cal/g℃이다. 따라서, 용기 내 냉매 HFC-134a의 용량이 500kg인 경우 1kg 증발시 남은 액상 499kg의 HFC-134a의 온도는 시간당 0.2℃가 떨어지게 된다.

그러나 폐냉매의 적정한 처리를 위해서는 정량주입이 가능해야 한다. 그 이유는 소각시설규모 및 성능에 따라 적정처리규모가 정해지게 되는데, 주입속도저하 현상이 처리규모에 부합하는 냉매주입을 어렵게 할 뿐만 아니라, 주입속도저하를 감안하여 처리규모유지를 위해 처음부터 너무 많은 양을 소각로 내에 주입할 경우 소각조건에 영향을 끼쳐 불완전 연소로 인한 환경부하를 발생시킬 수 있기 때문이다. 따라서 냉매 주입속도 조절을 통한 적정량의 냉매 주입은 냉매 소각에 있어 매우 중요하다.

이에 일본의 경우 시간에 따른 냉매주입속도의 저하를 개선하기 위해 도 1과 같은 온수욕조 타입의 냉매주입장치를 사용하고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 냉매 파괴 시스템용 냉매주입장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 1의 냉매주입장치는, 도시된 바와 같이 온수욕조 내에 설치되는 냉매용기(1)와 오일필터(2), 미스트필터(3), 유량계(4), 및 미터링밸브(5)로 구성된다.

이러한 종래의 냉매주입장치는 온수욕조(6) 내 20~40℃의 온수가 기화에 따른 냉매용기(1)의 온도 하강을 막아 냉매의 기화속도를 일정하게 유지하며, 이때 냉매용기(1)에서 증발된 냉매 가스는 필터(2,3)를 통해 냉매 내 오일과 미스트가 제거되고, 유량계(4)를 통해 주입량이 측정된 후 미터링밸브(5)와 주입배관(7)을 거쳐 소각로(8)로 주입된다.

도 2는 종래기술에 따른 병렬 주입 타입의 냉매 파괴 시스템용 냉매주입장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.

도시된 바와 같이, 종래의 냉매주입장치는 병렬로 연결된 복수 개의 냉매용기(1)와 오일필터(2), 미스트필터(3), 유량계(4), 및 미터링밸브(5)로 구성된다.

이와 같은 종래의 냉매주입장치는 다수의 냉매용기(1)를 병렬로 연결하여 열전달 면적을 증가시켜 용기별 온도 하강을 최소화함으로써 냉매의 기화속도 감소를 약화하여 냉매의 기화속도를 가능한 일정하게 유지하고자 하였다.

여기서, 증발된 냉매 가스는 필터(2,3)를 통해 냉매 내 오일과 미스트가 제거되고, 유량계(4)를 통해 주입량이 측정되며, 미터링밸브(5)를 통해 유량이 조절되어 소각로(8)로 투입된다.

그러나 도 1과 같은 온수욕조 타입의 냉매주입장치는 온수욕조가 외부에 노출되어 있어 냉매용기의 전체적인 보온을 위해 에너지 비용이 크게 소요되고 이에 냉매용기의 크기에 따라 운영비용 및 설치비용이 증가되며, 또한 온수욕조의 설치를 위한 넓은 장소가 필요한 문제가 있다.

그리고, 도 2와 같은 병렬 주입 방식의 냉매주입장치는 다수의 냉매용기를 설치하기 위한 넓은 장소가 필요하며, 기화열에 의한 온도저하 현상을 완전히 방지하지 못함에 따라 냉매 주입속도 저하를 완전히 방지할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 해결하기 위해 고안한 것으로서, 냉매용기에 액상 냉매를 기화하기 위한 기화기를 연결하고 이 기화기에서 액상 냉매를 일정속도로 기화시켜 기상 냉매를 생성함으로써 냉매 파괴 시스템의 소각로에 투입되는 냉매 주입량을 일정하게 유지할 수 있는 냉매 파괴 시스템용 냉매 정량 주입 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 회수된 액상 냉매를 보관하기 위한 냉매용기; 상기 냉매용기로부터 유입된 액상 냉매를 일정속도로 기화하기 위한 기화기; 상기 기화기에서 배출되는 기상 냉매의 유량을 측정하기 위한 유량계; 상기 유량계에서 배출되는 기상 냉매의 유량을 일정량 이하로 조절하여 배출하는 미터링밸브;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉매 파괴 시스템용 냉매 정량 주입 장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 기화기는 하우징 내에 설치되는 중공형의 수집조와, 이 수집조에 나선형으로 감겨있고 그 후단이 수집조 내에 연결되어 있는 냉매가스생성관, 및 하우징 내 하부에 설치되는 히터를 포함하여 구성되고, 상기 하우징 내에 채워진 유체가 가열됨에 따라 상기 냉매가스생성관의 선단으로 유입된 액상 냉매를 승온시켜 기화하도록 된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 기화기와 유량계 사이에는 오일필터와 미스트필터가 설치되고, 상기 미터링밸브의 후방에는 기상 냉매를 소각로 내부로 안내하기 위한 냉매주입관이 연결 설치되며 상기 기상 냉매의 주입이 원활하도록 소각로 내부에 공기를 주입하기 위한 공기주입관이 소각로 내에서 상기 냉매주입관에 이웃하도록 설치된다.

또한, 상기 냉매용기에는 기화기를 거치지 않고 오일필터에 직접 연결되는 기상라인이 연결 구성된다.

한편, 본 발명은 회수된 액상 냉매를 냉매용기에 보관하는 단계; 상기 냉매용기의 액상 냉매를 기화기로 이동시켜 일정속도로 기화하는 단계; 상기 기화기에서 배출되는 기상 냉매에서 오일을 제거하는 단계; 상기 기화기에서 배출되는 기상 냉매에서 불순물을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 파괴 시스템용 냉매 정량 주입 방법을 제공한다.

바람직하게, 본 발명의 냉매 정량 주입 방법은 상기 기상 냉매에서 오일 및 불순물을 제거한 다음, 기상 냉매의 유량을 측정하여 일정량을 초과하면 밸브의 개구량을 조절하여 기상 냉매의 유량을 일정량 이하로 하여 소각로로 배출하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 냉매 파괴 시스템용 냉매 정량 주입 장치 및 방법은 다음과 같은 이점이 있다.

1. 냉매용기 내에서 기화열흡수에 의한 액상 냉매의 온도저하 현상을 방지하고 냉매 기화속도를 일정하게 유지함으로써 소각로에의 냉매 주입속도를 일정하게 유지할 수 있으며, 종래의 온수욕조 타입의 냉매주입장치와 동등 수준의 성능을 기대할 수 있다.

2. 소형의 기화기의 내부 온도만 일정 범위 내로 유지하면 되기 때문에 종래의 온수욕조 타입 냉매주입장치 대비 에너지 소모가 적고, 이에 운영비용이 절감되는 이점이 있다.

3. 종래의 온수욕조 타입 및 병렬주입 타입의 냉매주입장치는 냉매용기를 위해 넓은 설치공간이 필요한 반면, 본 발명의 냉매 정량 주입 장치는 기화기를 설치하기 위한 일부 공간이 요구되어 상대적으로 좁은 공간에 설치 가능하며 또한 냉매용기와 분리된 위치에 설치 가능하므로 공간활용도가 우수한 이점이 있다.

4. 종래의 온수욕조 타입 및 병렬주입 타입의 냉매주입장치와 달리 냉매용기의 온도변화가 없어 상대적으로 냉매용기의 내구성이 향상되며 이에 사용기간이 연장된다.

도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 냉매 파괴 시스템용 냉매주입장치를 나타낸 구성도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉매 파괴 시스템용 냉매 정량 주입 장치를 나타낸 구성도
도 4는 본 발명에 따른 냉매 파괴 시스템용 냉매 정량 주입 장치 중 기화기의 작동원리를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉매 파괴 시스템용 냉매 정량 주입 장치를 나타낸 부분도

본 발명은 소각로에 주입되는 기상 냉매를 생성하는 과정 중 기화열흡수로 인한 액상 냉매의 온도저하 및 이로 인한 냉매 기화속도의 저하가 발생하지 않도록 하기 위하여, 냉매용기에 기화기를 연결하고 이 기화기를 통해 액상의 냉매를 기화시킨 후 소각로에 일정량으로 주입하는데 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 냉매 파괴 시스템용 냉매 정량 주입 장치는 회수한 액상의 냉매를 보관 및 저장하는 냉매용기(10)와 이 냉매용기(10)에 유체 이동이 가능하게 연결되는 기화기(20), 오일필터(30), 미스트필터(40), 유량계(50), 및 미터링밸브(60)를 포함하여 구성된다.

상기 기화기(20)와 오일필터(30), 미스트필터(40), 유량계(50), 및 미터링밸브(60) 등 냉매용기(10)와 소각로(90) 사이에 구성되는 각 구성요소들은 배관 등을 이용하여 모두 유체 이동이 가능하게 연결 구성되며, 냉매용기(10)로부터 기화기(20)로 이동된 액상 냉매는 기화된 후 각 구성요소들을 거쳐 소각로로 주입되게 된다.

구체적으로 도시하지는 않았으나, 상기 냉매용기(10)는 액상 냉매가 배출되는 액상 냉매용 배출구와, 상기 액상 냉매 중 일부가 자연적으로 기화되어 생성된 기상 냉매가 배출되는 기상 냉매용 배출구를 가진다.

상기 액상 냉매용 배출구에는 액상 냉매의 유동을 안내하기 위한 액상라인(11)이 연결 설치되고, 이 액상라인(11)의 후단에는 기화기(20)가 연결 설치된다.

여기서, 상기 액상라인(11)에는 냉매용기(10)에서 배출된 액상 냉매의 유동을 조절하기 위한 밸브부재(13)와, 냉매용기(10)의 액상 냉매를 기화기(20)로 공급하기 위한 펌프부재(미도시) 또는 펌핑수단이 설치되어 있다.

그리고, 상기 기상 냉매용 배출구에는 기상 냉매의 유동을 안내하기 위한 기상라인(12)이 연결 설치되고, 이 기상라인(12)의 후단에는 오일필터(30)가 직접 연결 구성된다.

이에 상기 냉매용기(10) 내에서 자연적으로 생성된 기상 냉매는 증기압에 의해 기상라인(12)을 거쳐 오일필터(30)로 직접 이동하게 되며, 상기 오일필터(30)에서 기화기(20)에 의해 생성된 기상 냉매와 합쳐지게 된다.

아울러, 상기 기상라인(12)에도 냉매용기(10)에서 배출된 기상 냉매의 유동을 조절하기 위한 밸브부재(14)가 설치된다.

종래에는 냉매용기 내에서 기화된 기상 냉매를 소각로에 주입하게 되므로 냉매용기 내부에서 발생하는 기화열흡수로 인해 액상 냉매의 온도하강이 발생하게 되나, 본 발명에서는 액상라인(11)을 통해 액체 상태의 냉매를 그대로 기화기(20)로 이동시킨 후 기화기(20)에서 기화하게 되어 냉매용기(10) 내부에서 액상 냉매의 인위적인 기화에 의한 상변화나 온도변화가 일어나지 않으며 결과적으로 액상 냉매의 기화에 의한 상변화 및 온도하강을 최소화할 수 있다.

상기 기화기(20)는 냉매용기(10)로부터 이동 공급되는 액상 냉매를 기화하기 위한 장치로, 냉매용기(10)의 액상 냉매용 배출구에 연결되게 구성된다.

도 4를 참조하면, 상기 기화기(20)는 중공형의 하우징(21)과, 이 하우징(21) 내에 설치되는 원통형의 수집조(22)와, 이 수집조(22)에 나선형으로 감겨있는 냉매가스생성관(23), 및 하우징(21) 내 하부에 설치되는 히터(24)를 포함하여 구성된다.

상기 냉매가스생성관(23)의 선단에는 냉매용기(10)로부터 이동되는 액상 냉매가 공급 및 주입되는 액상냉매주입라인(25)이 연결되어 있고, 냉매가스생성관(23)의 후단은 수집조(22) 내에 연결되어 있다.

그리고, 상기 수집조(22)의 상단에는 기상 냉매의 배출을 위한 기상냉매배출라인(26)이 연결 구비되고, 수집조(22)의 하단에는 액상 냉매의 기화시 부수적으로 생성되는 부산물(잔류물)의 배출을 위한 잔류물배출라인(27)이 연결 구비된다.

이에 상기 액상냉매주입라인(25)을 통해 냉매가스생성관(23)으로 주입된 액상 냉매는 하우징(21) 내부에 채워진 액체가 히터(24)에 의해 가열됨에 의해 냉매가스생성관(23)을 따라 이동하면서 승온 및 기화되고, 이렇게 기화된 기상 냉매는 수집조(22)로 이동되었다가 증기압에 의해 기상냉매배출라인(26)을 통해 오일필터(30) 측으로 배출되고, 액상 냉매의 기화시 생성된 부산물은 잔류물배출라인(27)을 통해 외부로 배출되게 된다.

상기 기화기(20)로는 유입된 액상 냉매를 열교환에 의해 가열하여 기화시킬 수 있는 통상의 장치를 사용할 수 있다.

이렇게 기화기(20)에서 생성 배출되는 기상 냉매는 기화속도(혹은 생성속도)가 일정하게 유지되어 소각로(90)에 일정량으로 주입되게 되며, 그 전에 밸브부재(28)를 거쳐 오일필터(30)와 미스트필터(40)를 통과하게 된다.

상기 오일필터(30)는 기상 냉매 중 오일 성분을 분리하여 제거하는 역할을 하고, 미스트필터(40)는 기상 냉매 중 먼지와 같은 불순물을 제거하는 역할을 한다.

상기 미스트필터(40)의 배출구에 연결되는 유량계(50)는 단위 시간 동안 관로 내를 통과하는 유체의 질량을 검출하는 질량유량계로서, 관로를 통과하는 기상 냉매의 부피를 질량으로 환산하여 실시간 냉매 유량을 표시할 수 있도록 구성되며, 적산기능에 의해 냉매주입량을 기록 및 표시할 수 있다.

상기 유량계(50)의 후방에 연결되는 미터링밸브(60)는 유량조절밸브로서, 유량계(50)에서 배출되어 소각로(90)로 주입되는 기상 냉매의 유량(단위시간당 유량)을 조절하는 역할을 하며, 구체적으로는 유량계(50)에 기록된 기상 냉매의 유량이 너무 클 경우 개구량을 조절하여 소각로로 유입되는 냉매 유량을 조절하게 된다.

이러한 미터링밸브(60)는 냉매 정량 주입 장치의 이상 발생시 냉매의 정량 주입을 위한 보조장치로 이용될 수 있다.

즉, 상기 미터링밸브(60)는 유사시 유량계(50)로부터 유입되는 기상 냉매의 유량을 일정량으로 조절하여 소각로(90) 측으로 배출하는 역할을 수행할 수 있다.

상기 미터링밸브(60)의 후방에는 기상 냉매를 소각로 내부로 안내하기 위한 냉매주입관(80)이 연결 설치되는데, 이때 냉매 주입을 원활하게 하기 위하여 도 5와 같이 소각로(90) 내부에 공기를 주입하기 위한 공기주입관(82)을 설치 구성할 수 있으며, 여기서 상기 공기주입관(82)은 소각로(90) 내에서 냉매주입관(80)에 이웃하도록 구성됨이 바람직하다.

아울러, 상기 미터링밸브(60)와 냉매주입관(80) 사이에는 유사시 냉매 주입을 강제로 차단하기 위한 차단밸브(70)가 설치된다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 냉매 정량 주입 장치는 각 구성요소의 작동을 제어하기 위한 제어기(미도시)를 포함하여 구성된다.

예컨대, 상기 제어기는 유량계(50)에 기록된 기상 냉매의 유량이 일정범위를 초과할 경우 미터링밸브(60)에 신호를 보내 미터링밸브(60)의 개구량을 조절할 수 있다.

10 : 냉매용기 11 : 액상라인
12 : 기상라인 13,14 : 밸브부재
20 : 기화기 21 : 하우징
22 : 수집조 23 : 냉매가스생성관
24 : 히터 25 : 액상냉매주입라인
26 : 기상냉매배출라인 27 : 잔류물배출라인
28 : 밸브부재 30 : 오일필터
40 : 미스트필터 50 : 유량계
60 : 미터링밸브 70 : 차단밸브
80 : 냉매주입관 82 : 공기주입관
90 : 소각로

Claims (7)

1. 회수된 액상 냉매를 보관하기 위한 냉매용기(10);
   상기 냉매용기로부터 유입된 액상 냉매를 일정속도로 기화하기 위한 기화기(20);
   상기 기화기에서 배출되는 기상 냉매의 유량을 측정하기 위한 유량계(50);
   상기 유량계에서 배출되는 기상 냉매의 유량을 일정량 이하로 조절하여 배출하는 미터링밸브(60);
   를 포함하여 구성되고,
   상기 냉매용기(10)에는 기화기(20)를 거치지 않고 오일필터(30)에 직접 연결되는 기상라인(12)이 연결 구성되는 것을 특징으로 하는 냉매 파괴 시스템용 냉매 정량 주입 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 기화기(20)는 하우징(21) 내에 설치되는 중공형의 수집조(22)와, 이 수집조(22)에 나선형으로 감겨있고 그 후단이 수집조(22) 내에 연결되어 있는 냉매가스생성관(23), 및 하우징(21) 내 하부에 설치되는 히터(24)를 포함하여 구성되고,
   상기 하우징 내에 채워진 유체가 가열됨에 따라 상기 냉매가스생성관의 선단으로 유입된 액상 냉매를 승온시켜 기화하도록 된 것을 특징으로 하는 냉매 파괴 시스템용 냉매 정량 주입 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 기화기(20)와 유량계(50) 사이에는 오일필터(30)와 미스트필터(40)가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉매 파괴 시스템용 냉매 정량 주입 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 미터링밸브(60)의 후방에는 기상 냉매를 소각로(90) 내부로 안내하기 위한 냉매주입관(80)이 연결 설치되고, 상기 기상 냉매의 주입이 원활하도록 소각로(90) 내부에 공기를 주입하기 위한 공기주입관(82)이 소각로 내에서 상기 냉매주입관에 이웃하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 냉매 파괴 시스템용 냉매 정량 주입 장치.
   
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